JP4842028B2 - 散乱吸収体計測方法及び散乱吸収体計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、生体等の散乱吸収体の内部情報を計測するための散乱吸収体計測方法及び散乱吸収体計測装置に関する。

生体等の散乱吸収体の内部情報を計測する方法として、散乱吸収体の内部を伝播したパルス光を用いる計測方法及び装置が提案されている。このような計測方法及び装置においては、計測対象となる散乱吸収体に対して、所定の光入射位置からパルス光を入射する。そして、散乱吸収体の内部を散乱されつつ伝播されたパルス光を光検出器で検出し、その検出された光強度の時間変化を示す計測波形から、散乱吸収体の内部情報を取得する（例えば、下記特許文献１参照）。

上記の散乱吸収体計測において、内部情報を正確に定量するためには、検出された光の計測波形に対する装置関数の影響を考慮する必要がある。即ち、上記の散乱吸収体計測では、散乱吸収体での光の伝播によって生じる時間遅れや時間分散、あるいは更に位相遅れ等の時間応答を含む計測波形から、演算解析によってその内部情報を取得する。一方、散乱吸収体にパルス光を入射するための光入射系、及び散乱吸収体からのパルス光を検出して計測波形を取得するための光検出系等の計測装置各部に用いられる各装置や回路は、装置自体の時間応答である装置関数として、それぞれ時間遅れや時間分散等を生じる。

このとき、散乱吸収体計測で実際に得られる計測波形は、散乱吸収体での時間応答によって生成される理想的な計測波形（理論波形）に対して、上記の各装置や回路の時間応答に起因する装置関数が重畳されたものとなる。従って、計測波形に対してそのまま解析演算を実行すると、装置関数の影響によって、内部情報を正確に定量することができない。

容易に装置関数を算出するために、校正用の散乱吸収体を用いて計測された計測波形から、予め用意された理論波形を分離して装置関数を算出することが提案されている（例えば、下記特許文献２参照）。
特開平１０−２６５８５号公報 特開２００２−１３９４２０号公報

しかしながら、校正用の散乱吸収体の計測波形から装置関数を算出する上記の方法では、計測波形に歪みがある場合、波形フィッティングにより装置関数を取得すると装置関数に誤差が発生するおそれがある。装置関数に誤差があると、取得された内部情報にも誤差が生じる。また、散乱吸収体の計測では温度による影響が大きいため、計測毎に装置関数を求める必要があった。このような状況から、より正確かつ簡易に、装置関数を考慮して散乱吸収体の内部情報を取得する方法が求められていた。

本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、より正確かつ簡易に、装置関数を考慮して散乱吸収体の内部情報を取得することができる散乱吸収体計測方法及び散乱吸収体計測装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る散乱吸収体計測方法は、計測対象の散乱吸収体及びリファレンス用の散乱吸収体に対して、所定波長のパルス光を光入射位置から入射する光入射ステップと、光入射ステップにおいて入射されて各散乱吸収体の内部を伝播したパルス光を光検出位置で検出して光検出信号を取得する光検出ステップと、光検出ステップにおいて検出された光検出信号に基づいて、光強度の時間変化を示す計測波形を取得する信号処理ステップと、信号処理ステップ取得された計測対象の散乱吸収体での計測波形に対して、信号処理ステップにおいて取得されたリファレンス用の散乱吸収体での計測波形をデコンボリューションすると共に、予め用意されたリファレンス用の散乱吸収体での理論波形をコンボリューションする処理を行う波形処理ステップと、波形処理ステップにおいて処理された計測対象の散乱吸収体での計測波形に基づいて、計測対象の散乱吸収体の内部情報を算出する内部情報算出ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る散乱吸収体計測方法では、計測対象の散乱吸収体での計測波形に対して、リファレンス用の散乱吸収体での計測波形をデコンボリューションすると共に、予め用意されたリファレンス用の散乱吸収体での理論波形をコンボリューションする処理が行われ、処理後の波形に基づいて、計測対象の散乱吸収体の内部情報が算出される。ここで、リファレンス用の散乱吸収体の理論波形は、光入射ステップにおいて所定波長のパルス光を入射したときに散乱吸収体の時間応答によって生成される理想的な波形である。

デコンボリューションを行うリファレンス用の散乱吸収体の計測波形には、装置関数の影響が含まれているため、上記のような波形の処理を行うことにより、計測対象の散乱吸収体の計測波形から装置関数の影響を除去することができる。即ち、本発明によれば、装置関数を算出することなく、装置関数の影響が除去された波形に基づいて、計測対象の散乱吸収体の内部情報を算出することができる。これにより、計測波形の歪みに起因した、算出された装置関数の誤差による、散乱吸収体の内部情報の誤差の発生を防止することができる。また、装置関数の算出自体が不要になる。従って、本発明によれば、より正確かつ簡易に、装置関数を考慮して散乱吸収体の内部情報を取得することができる。

波形処理ステップにおける処理は、当該処理後の波形をＰｍ（ｔ）、計測対象の散乱吸収体での計測波形をＳｍ（ｔ）、リファレンス用の散乱吸収体での計測波形をＳｒ（ｔ）、リファレンス用の散乱吸収体での理論波形をＰｃ（ｔ）、フーリエ変換をＦ、コンボリューションを演算子“＊”、デコンボリューションを演算子“／”とそれぞれしたときに、以下の式

に基づいて行われることが望ましい。この構成によれば、確実に本発明を実施することができる。

ところで、本発明は、上記のように散乱吸収体計測方法の発明として記述できる他に、以下のように散乱吸収体計測装置の発明としても記述することができる。これはカテゴリが異なるだけで、実質的に同一の発明であり、同様の作用及び効果を奏する。

即ち、本発明に係る散乱吸収体計測装置は、計測対象の散乱吸収体及びリファレンス用の散乱吸収体に対して、所定波長のパルス光を光入射位置から入射する光入射手段と、光入射手段により入射されて各散乱吸収体の内部を伝播したパルス光を光検出位置で検出して光検出信号を取得する光検出手段と、光検出手段により検出された光検出信号に基づいて、光強度の時間変化を示す計測波形を取得する信号処理手段と、信号処理手段により取得された計測対象の散乱吸収体での計測波形に対して、信号処理手段により取得されたリファレンス用の散乱吸収体での計測波形をデコンボリューションすると共に、予め用意されたリファレンス用の散乱吸収体での理論波形をコンボリューションする処理を行う波形処理手段と、波形処理手段により処理された計測対象の散乱吸収体での計測波形に基づいて、計測対象の散乱吸収体の内部情報を算出する内部情報算出手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、装置関数を算出することなく、装置関数の影響が除去された波形に基づいて、計測対象の散乱吸収体の内部情報を算出することができる。これにより、計測波形の歪みに起因した、算出された装置関数の誤差による、散乱吸収体の内部情報の誤差の発生を防止することができる。また、装置関数の算出が不要になる。従って、本発明によれば、より正確かつ簡易に、装置関数を考慮して散乱吸収体の内部情報を取得することができる。

以下、図面とともに本発明に係る散乱吸収体計測方法及び散乱吸収体計測装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

図１に本実施形態に係る散乱吸収体計測装置１０の機能構成を示す。図２に本実施形態に係る散乱吸収体計測装置１０のハードウェア構成を示す。散乱吸収体計測装置１０は、散乱吸収体の内部情報を計測するための装置である。散乱吸収体計測装置１０の計測対象である散乱吸収体（Scattering Medium）は、自身に入射された光を散乱及び吸収するものであり、例えば生体である。また、計測される内部情報は、例えば、散乱吸収体の散乱係数及び吸収係数、並びに散乱吸収体に含まれている各成分の濃度である。本実施形態に係る散乱吸収体計測装置１０は、これらの内部情報を計測することによって、例えば、乳癌の診断に応用される。なお、図２に示すハードウェア構成は、いわゆる時間相関光電子計数法と呼ばれる方法を用いて高速時間波形計測法を実施するための構成である。

図１及び２に示すように、散乱吸収体計測装置１０は、光源２０と、波長選択器２１と、光検出器３０と、光入射用の光ガイド４０ａと、光検出用の光ガイド４０ｂと、信号処理部５０と、演算処理部６０とを備えて構成されている。

光源２０は、散乱吸収体ＳＭに入射するための、所定波長のパルス光を発生させる装置である。光源２０により発生し散乱吸収体ＳＭに入射されるパルス光としては、散乱吸収体ＳＭの内部情報が計測できる程度に短い時間幅のパルス光が用いられ、通常は１ｎｓ以下の範囲の時間幅が選択される。光源２０から発生したパルス光は、波長選択器２１に入力される。光源２０としては、発光ダイオード、レーザダイオード、及び各種のパルスダイオード等、様々なものを使用することができる。

波長選択器２１は、光源２０から入力されたパルス光を、所定波長に波長選択する装置である。光源２０により発生し波長選択器２１により波長選択されるパルス光の波長は、計測対象である散乱吸収体ＳＭに応じて適宜、選択されるが、一般に例えば生体では、生体の透過率と定量すべき吸収成分の分光吸収係数との関係等から、７００〜９００ｎｍ程度の近赤外線領域の波長が用いられる。波長選択器２１により波長選択されたパルス光は、光入射用の光ガイド４０ａの入力端に入力される。なお、複数の成分についての内部情報を計測する場合等、必要があれば光源２０及び波長選択器２１は、複数の波長成分のパルス光を計測光として入射可能に構成される。また、波長選択を行う必要がない場合等には、波長選択器２１については、設置を省略してもよい。

光入射用の光ガイド４０ａは、その入力端で波長選択器２１からパルス光の入力を受け付けて、その出力端から散乱吸収体ＳＭに対して当該パルス光を入射するものである。光入射用の光ガイド４０ａは、その出力端が散乱吸収体ＳＭの表面上の光入射位置Ａに位置するように設置されている。光入射用の光ガイド４０ａは、具体的には、パルス光を伝達することができる光ファイバにより構成される。上記の光源２０、波長選択器２１及び光入射用の光ガイド４０ａは、散乱吸収体ＳＭに対して、所定波長のパルス光を光入射位置Ａから入射する入射手段を構成する。

光検出用の光ガイド４０ｂは、その入力端で散乱吸収体ＳＭの内部を伝播した光を入力させて、その出力端から光検出器３０に当該光を出力するものである。光検出用の光ガイド４０ｂは、その入力端が散乱吸収体ＳＭの表面上の光検出位置Ｂに位置するように設置されている。光検出用の光ガイド４０ｂは、具体的には、光を伝達することができる光ファイバにより構成される。

光検出器３０は、光検出用の光ガイド４０ｂから入力された光を検出するための装置である。光検出器３０は、検出した光の光強度等を示す光検出信号を生成する。生成された光検出信号は信号処理部５０に入力される。光検出器３０としては、図３に示す光電子増倍管（ＰＭＴ：Photomultiplier）の他、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオード等、様々なものを使用することができる。光検出器３０の選択については、散乱吸収体計測に使用されるパルス光の波長の光が十分に検出できる分光感度特性を有していればよい。また、光信号が微弱であるときは、高感度あるいは高利得の光検出器を使用することが好ましい。上記の光検出器３０及び光検出用の光ガイド４０ｂは、光入射手段により入射されて散乱吸収体ＳＭの内部を伝播したパルス光を光検出位置Ｂで検出して光検出信号を取得する光検出手段を構成する。

上述した光入射用の光ガイド４０ａ及び光検出用の光ガイド４０ｂは、それぞれ必ずしも一つでなくてもよい。例えば、図３に示すように、乳癌の診断のために用いられる散乱吸収体計測装置１０では、計測対象の散乱吸収体ＳＭである乳房を入れることができるカップ状のガントリ４１に複数のフォルダが設けられており、当該フォルダそれぞれに光ガイド４０ａ，４０ｂが差し込まれる。ガントリ４１は、被検者が散乱吸収体ＳＭである乳房を入れやすいように、基台４２に設けられる。なお、各フォルダに差し込まれるのは、入射用の光ガイド４０ａと光検出用の光ガイド４０ｂとが１本になった光ガイドとして、演算処理部６０からの制御等により何れのフォルダ位置からでも入射及び検出の何れかができるようにしておくのがよい。例えば、図４に示すように、ガントリ４１は４６個のフォルダを備えており、各フォルダ位置４３は、光入射位置４４及び光検出位置４５の何れかとなるようにするのがよい。

信号処理部５０は、光検出器３０及び光源２０と電気的に接続されており、光検出器３０により検出された光検出信号及び光源２０からのパルス光出射のトリガ信号等に基づいて、光強度の時間変化を示す計測波形を取得する信号処理手段である。計測波形の情報は電子データとして取得され、演算処理部６０に入力される。

信号処理部５０は、図２に示すように、コンスタント・フラクション・ディスクリミネータ（ＣＦＤ）５１、時間−振幅変換器（ＴＡＣ）５２及びＡＤコンバータ（Ａ／Ｄ）５３で構成されている。光検出器（ＰＭＴ）３０からの出力信号である光検出信号は、ＣＦＤ５１を介してＴＡＣ５２に導かれて時間に対応したアナログ電圧に変換され、更にＡＤコンバータ５３でデジタル信号に変換される。このデジタル信号は、検出光強度の時間変化を示す計測波形のデータに対応するものである。

なお、本実施形態に係る散乱吸収体計測装置１０において、パルス光が入射されて当該パルス光の光強度の時間変化を示す計測波形が計測されるのは、後述するように、計測対象の散乱吸収体ＳＭ及びリファレンス用の散乱吸収体ＳＭである。リファレンス用の散乱吸収体ＳＭは、計測対象の散乱吸収体ＳＭの計測波形から装置関数の影響を除去するために計測されるものである。リファレンス用の散乱吸収体ＳＭとしては、計測対象の散乱吸収体ＳＭと屈折率がほぼ等しく、また、吸光係数や散乱係数等の理論波形を算出するのに必要な光学パラメータが既知であるものを用いる。

演算処理部６０は、信号処理部５０と電気的に接続されており、信号処理部５０から計測波形の情報の入力を受け付けて、当該計測波形の情報を用いて散乱吸収体ＳＭの内部情報を算出する演算処理を実行する。演算処理部６０は、上記の演算処理を行うために、図１に示すように、波形処理部６１と、計測波形格納部６２と、理論波形格納部６３と、内部情報算出部６４とを備えて構成されている。また、演算処理部６０は、それ以外にも、光源２０や光検出器３０等、上記の各構成要素を制御する機能を備えている。

波形処理部６１は、信号処理部５０により取得された計測波形に基づき、装置関数の影響を除去した計測対象の散乱吸収体ＳＭの波形を取得するための波形処理手段である。装置関数の影響を除去した波形の取得は、信号処理部５０により取得された計測対象の散乱吸収体ＳＭの計測波形に対して、信号処理部５０において取得されたリファレンス用の散乱吸収体ＳＭの計測波形をデコンボリューションすると共に、予め用意されたリファレンス用の散乱吸収体ＳＭの理論波形をコンボリューションする処理を行うことにより行われる。より具体的には後述する。波形処理部６１により処理された波形の情報は、内部情報算出部６４に出力される。

計測波形格納部６２は、信号処理部５０で所得された計測対象の散乱吸収体ＳＭの計測波形及びリファレンス用の散乱吸収体ＳＭの計測波形の情報を格納するものである。計測波形格納部６２に格納された情報は、波形処理部６１による処理において適宜参照される。

理論波形格納部６３は、予め用意されたリファレンス用の散乱吸収体ＳＭの理論波形の情報を格納するものである。リファレンス用の散乱吸収体ＳＭの理論波形については、例えば、リファレンス用の散乱吸収体ＳＭの吸光係数や散乱係数等の光学パラメータから予め算出しておく。この算出は、例えば、有限要素法で行われる。それ以外でも、モンテカルロ法、差分法及びその他の解析解法等が用いられてもよい。理論波形格納部６３に格納された情報は、波形処理部６１による処理において適宜参照される。

内部情報算出部６４は、波形処理部６１により処理された計測対象の散乱吸収体ＳＭの計測波形に基づいて、計測対象の散乱吸収体ＳＭの内部情報を算出する内部情報算出手段である。内部情報の算出は、例えば、検出光の時間分解波形を利用する時間分解波形を利用する時間分解計測法（ＴＲＳ法：Time Resolved Spectroscopy）、あるいは、変調光を利用する位相変調計測法（ＰＭＳ法：PhaseModulation Spectroscopy）等による解析演算を適用することにより行われる。より具体的には、例えば、上記特許文献１に記載の方法を適用することにより行われる。

上記の各構成要素を備える演算処理部６０は、例えば、図２に示すようなハードウェア構成により実現される。演算処理部６０においては、光源２０及び信号処理部５０にＣＰＵ（Central Processing Unit）７０が電気的に接続されている。これによって、光入射に同期した光検出のタイミング等がＣＰＵ７０によって制御されると共に、信号処理部５０から出力された計測波形の情報は、ＣＰＵ７０に導かれて所定の演算処理が行われる。また、入射パルス光の波長等、計測光の入射条件についても、このＣＰＵ７０によって制御あるいは選択される。

図２に示す演算処理部６０は、更に、オペレーティングシステム（ＯＳ）７１ａ及び所定の演算処理を行うための演算プログラム７１ｂが記憶されたプログラムメモリ７１と、各種データファイルが記憶されるデータファイルメモリ７２と、得られた散乱吸収体ＳＭの内部情報を示す情報を記憶するデータメモリ７３と、作業用データを一時的に記憶する作業用メモリ７４とを備えている。

プログラムメモリ７１の演算プログラム７１ｂには、上述した波形処理の演算や、内部情報を算出するための解析演算をそれぞれ実行するためのプログラム等が含まれている。また、データファイルメモリ７２は、計測波形の情報を格納する計測波形格納部６２、及び予め用意された理論波形の情報を格納する理論波形格納部６３が含まれている。また、必要な物理量等の諸データや、予め入力された計測条件や既知値等のデータ等も記憶される。

また、演算処理部６０は、データの入力を受け付けるキーボード７５ａ及びマウス７５ｂを備える入力装置７５と、得られたデータを出力するディスプレイ７６ａ及びプリンタ７６ｂを備える出力装置７６とを備えている。これらの演算処理部６０の各部の動作は、何れもＣＰＵ７０によって制御される。なお、上記の各メモリについては、コンピュータ内部に設置されているハードディスク等であってもよい。また、散乱吸収体計測装置１０の具体的なハードウェア構成については図２に示すものに限られるものではなく、必要に応じて変形又は拡張を行ってもよい。

ここで、計測波形と、散乱吸収体に対する理論波形と、装置関数との関係、及び波形処理部６１における演算処理について説明する。図５は、計測波形Ｓ（ｔ）、理論波形Ｐ（ｔ）、及び装置関数ｆ（ｔ）の関係の一例を模式的に示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は、理論波形Ｐ（ｔ）に対する時間０に対応する時刻を原点（ｔ＝０）とした経過時間ｔを示し、縦軸は、各時刻における光強度を示している。この光強度の経過時間ｔに依存した時間変化が、図示したそれぞれの時間波形となっている。

散乱吸収体の内部情報は、当該散乱吸収体にパルス光を入射したときの時間応答によって生成される理論波形Ｐ（ｔ）に基づいて算出されるべきである。しかしながら、計測装置を用いた散乱吸収体計測では、計測対象である散乱吸収体による時間応答とは別に、計測装置の各部、各回路に起因する装置関数ｆ（ｔ）として、時間遅れや時間分散等の装置自体の時間応答を生じる。例えば、図１に示した散乱吸収体計測装置１０では、光源２０、波長選択器２１、光検出器３０、光ガイド４０ａ，４０ｂ、信号処理部５０、及びそれらの間の回路配線等において、それぞれ時間応答を生じる。従って、信号処理部５０で取得されて演算処理部６０へと入力される計測波形Ｓ（ｔ）は、これらの時間応答が総合された計測装置自体による装置関数ｆ（ｔ）が、散乱吸収体での理想的な計測波形（理論波形）Ｐ（ｔ）に重畳（コンボリューション）されたのものとなる。

これに対して、本実施形態の散乱吸収体計測装置１０では、（波形処理部６１により）計測対象の散乱吸収体ＳＭの計測波形に対して、リファレンス用の散乱吸収体ＳＭの計測波形をデコンボリューションすると共に、予め用意されたリファレンス用の散乱吸収体ＳＭの理論波形をコンボリューションする処理を行うことにより、計測対象の散乱吸収体ＳＭの計測波形から装置関数の影響を除外する。具体的には、以下のように行う。

ここで、計測対象の散乱吸収体（被検体）ＳＭでの計測波形をＳｍ（ｔ）、リファレンス用の散乱吸収体ＳＭでの計測波形をＳｒ（ｔ）とする。また、装置関数をｆ（ｔ）とする。図６に、これらの計測波形Ｓｍ（ｔ）及びＳｒ（ｔ）を示す。なお、図６に示すように、通常、計測波形には歪みがある。このような歪みがある計測波形から、波形フィッティング等により装置関数を取得すると装置関数に誤差が生じる。装置関数に誤差があると、算出される内部情報にも誤差が生じる。

また、計測対象の散乱吸収体ＳＭでの時間応答波形をＰｍ（ｔ）（計測波形Ｓｍ（ｔ）の装置関数ｆ（ｔ）によるデコンボリューション波形）とする。また、リファレンス用の散乱吸収体ＳＭでの時間応答波形をＰｒ（ｔ）とする。また、演算により求められる、パルス光（δ関数）によるリファレンス用の散乱吸収体ＳＭでの理論波形をＰｃ（ｔ）（≒リファレンス用の散乱吸収体ＳＭでの時間応答波形Ｐｒ（ｔ））とする。リファレンス用の散乱吸収体ＳＭでの理論波形Ｐｃ（ｔ）は、予め理論波形格納部６３に格納されている。図７に、計測対象の散乱吸収体ＳＭでの時間応答波形Ｐｍ（ｔ）、及びリファレンス用の散乱吸収体ＳＭでの理論波形Ｐｃ（ｔ）を示す。

これらの波形の間には、フーリエ変換をＦ、コンボリューションを演算子“＊”、デコンボリューションを演算子“／”として、以下の式（１）に示す関係が成り立つ。

この関係式を変形すると以下の式（２）になる。

式（２）は、計測対象の散乱吸収体ＳＭでの計測波形Ｓｍ（ｔ）に対して、リファレンス用の散乱吸収体ＳＭでの計測波形Ｓｒ（ｔ）をデコンボリューションすると共に、予め用意されたリファレンス用の散乱吸収体ＳＭでの理論波形Ｐｃ（ｔ）をコンボリューションすることにより、計測対象の散乱吸収体ＳＭでの計測波形から装置関数の影響が除外された計測対象の散乱吸収体ＳＭでの時間応答波形Ｐｍ（ｔ）が求められることを示している。

本実施形態に係る散乱吸収体計測装置１０では、演算処理部６０の波形処理部６１が、計測波形格納部６２に格納されているＳｍ（ｔ）及びＳｒ（ｔ）を、理論波形格納部６３に格納されているＰｃ（ｔ）をそれぞれ取得して、式（２）の右辺の計算を行いその結果に逆フーリエ変換することにより、Ｐｍ（ｔ）を求める。この処理により得られる波形Ｐｍ（ｔ）は、上述したように装置関数ｆ（ｔ）の影響が除去されたものとなる。

引き続いて、図８のフローチャートを用いて、散乱吸収体計測装置１０を用いて実行される本実施形態に係る散乱吸収体計測方法を説明する。散乱吸収体計測方法は、計測対象の散乱吸収体ＳＭの内部情報を計測する方法である。

まず、本実施形態に係る散乱吸収体計測方法では、リファレンス用の散乱吸収体ＳＭでの計測波形Ｓｒ（ｔ）の取得が行われる（Ｓ０１）。計測波形の取得は、具体的には、以下のように行われる。まず、散乱吸収体計測装置１０の所定位置にリファレンス用の散乱吸収体ＳＭを配置する（Ｓ０１ａ）。この配置は、散乱吸収体計測装置１０により散乱吸収体ＳＭへのパルス光の入射及び散乱吸収体ＳＭからの光検出ができるように行われる。例えば、図３に示すようにガントリ４１に光入射位置及び光検出位置が設けられる場合は、ガントリ４１にリファレンス用の散乱吸収体ＳＭを満たす。なお、上述したようにリファレンス用の散乱吸収体ＳＭでの理論波形Ｐｃ（ｔ）は、予め算出されており理論波形格納部６３に格納されている。

続いて、散乱吸収体計測装置１０では、光源２０により発生し波長選択器２１により波長選択されたパルス光が、光入射用の光ガイド４０ａを通って所定の光入射位置からリファレンス用の散乱吸収体ＳＭに入射される（Ｓ０１ｂ、光入射ステップ）。入射されたパルス光は、散乱吸収体内部を散乱し、吸収されつつ伝播する。散乱吸収体計測装置１０では、所定の光検出位置において、光検出用の光ガイド４０ｂを通って光検出器３０により検出される（Ｓ０１ｃ、光検出ステップ）。続いて、信号処理部５０により、検出された光検出信号に基づいて、リファレンス用の散乱吸収体ＳＭでの光強度の時間変化を示す計測波形Ｓｒ（ｔ）が取得される（Ｓ０１ｄ、信号処理ステップ）。取得された計測波形Ｓｒ（ｔ）の情報は、演算処理部６０に出力され、計測波形格納部６２に格納される。

ここで、光入射位置と光検出位置との組み合わせにより、散乱吸収体ＳＭの内部情報を十分に取得できるように、パルス光を入射させる位置を何個所か移動させて上記の処理（Ｓ０１ｂ〜Ｓ０１ｄ）を繰り返し行い、複数の計測波形を取得するようにしてもよい。また、１個所からのパルス光の入射に対して、複数の光検出位置での光検出を行ってもよい。例えば、図４（ａ）に示すように、ガントリ４１における１０箇所の光入射位置４４でのパルス光の入射を行うようにし、図４（ｂ）に示すように、１つの光入射位置４４に対して、３０箇所の光検出位置４５での光検出を行うこととしてもよい。その場合、１０×３０の計測波形が取得される。

続いて、計測対象の散乱吸収体ＳＭでの計測波形Ｓｍ（ｔ）の取得が行われる（Ｓ０２）。計測対象の散乱吸収体ＳＭでの計測波形Ｓｍ（ｔ）の取得は、以下のように行われる。まず、リファレンス用の散乱吸収体ＳＭでの計測と同様に散乱吸収体計測装置１０の所定位置に、計測対象の散乱吸収体ＳＭを配置する（Ｓ０２ａ）。例えば、図３に示すような散乱吸収体計測装置１０である場合は、ガントリ４１に計測対象の散乱吸収体ＳＭである乳房を配置する。続いて、リファレンス用の散乱吸収体ＳＭでの計測と同じ条件で、上記と同様に光入射、光検出及び計測波形Ｓｍ（ｔ）の取得が行われる（Ｓ０２ｂ〜Ｓ０２ｄ、光入射ステップ、光検出ステップ、信号処理ステップ）。取得された計測波形Ｓｍ（ｔ）の情報は、演算処理部６０に出力され、計測波形格納部６２に格納される。なお、リファレンス用の散乱吸収体ＳＭでの計測波形Ｓｒ（ｔ）の取得（Ｓ０１）と、計測対象の散乱吸収体ＳＭでの計測波形Ｓｍ（ｔ）の取得（Ｓ０２）とは順序が逆になってもよい。

続いて、演算処理部６０の波形処理部６１により計測波形格納部６２から各計測波形Ｓｍ（ｔ）及びＳｒ（ｔ）と理論波形Ｐｃ（ｔ）を示す情報が取得される。続いて上述したように、計測対象の散乱吸収体ＳＭでの計測波形Ｓｍ（ｔ）に対して、リファレンス用の散乱吸収体ＳＭでの計測波形Ｓｒ（ｔ）をデコンボリューションすると共に、予め用意されたリファレンス用の散乱吸収体ＳＭでの理論波形Ｐｃ（ｔ）をコンボリューションする処理が行われる（Ｓ０３、波形処理ステップ）。当該処理により得られた（装置関数ｆ（ｔ）の影響が除去された）計測対象の散乱吸収体ＳＭでの時間応答波形Ｐｍ（ｔ）は、内部情報算出部６４に出力される。

続いて、内部情報算出部６４により、計測対象の散乱吸収体ＳＭでの時間応答波形Ｐｍ（ｔ）に基づいて、計測対象の散乱吸収体ＳＭの内部情報が算出される（Ｓ０４、内部情報算出ステップ）。算出される内部情報は、散乱吸収体ＳＭの吸光係数や散乱係数等である。算出された内部情報は、例えば、ユーザにより参照可能なように、分布化されて演算処理部６０のディスプレイ７６ａに出力される。

上述したように本実施形態に係る散乱吸収体計測方法及び散乱吸収体計測装置１０では、計測対象の散乱吸収体ＳＭでの計測波形Ｓｍ（ｔ）に対して、リファレンス用の散乱吸収体ＳＭでの計測波形Ｓｒ（ｔ）をデコンボリューションすると共に、予め用意されたリファレンス用の散乱吸収体ＳＭでの理論波形Ｐｃ（ｔ）をコンボリューションする処理が行われ、処理後の波形に基づいて、計測対象の散乱吸収体ＳＭの内部情報が算出される。

デコンボリューションを行うリファレンス用の散乱吸収体ＳＭでの計測波形Ｓｒ（ｔ）には、装置関数ｆ（ｔ）の影響が含まれているため、上記のような波形の処理を行うことにより、計測対象の散乱吸収体ＳＭでの計測波形から装置関数ｆ（ｔ）の影響を除去することができる。即ち、装置関数ｆ（ｔ）を算出することなく、装置関数ｆ（ｔ）の影響が除去された波形に基づいて、計測対象の散乱吸収体ＳＭの内部情報を算出することができる。これにより、計測波形の歪みに起因した、算出された装置関数ｆ（ｔ）の誤差による、散乱吸収体ＳＭの内部情報の誤差の発生を防止することができる。

また、装置関数ｆ（ｔ）自体の算出が不要になり、装置関数ｆ（ｔ）の算出の処理の分、演算処理が簡易なものとなる。特に、温度変化等で装置関数ｆ（ｔ）が変化するため内部情報の計測の度に一律な装置関数ｆ（ｔ）とすることができない場合には、効果が大きい。従って、本実施形態に係る散乱吸収体計測方法及び散乱吸収体計測装置１０によれば、より正確かつ簡易に、装置関数を考慮して散乱吸収体ＳＭの内部情報を取得することができる。

また、本実施形態のように上述したフーリエ変換を用いた式（２）に基づいて、波形の処理を行うこととすれば、より確実に本発明を実施することができる。但し、波形の処理としてコンボリューション及びデコンボリューションを行えればよいので、必ずしも式（２）に基づいて波形の処理を行わなくてもよい。

本発明の実施形態に係る散乱吸収体計測装置の機能構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る散乱吸収体計測装置のハードウェア構成を示す図である。 散乱吸収体が設置される状態と光入射位置及び光検出位置との一例を示した図である。 ガントリにおける光入射位置及び光検出位置を示す図である。 計測波形、理論波形、及び装置関数の一例を模式的に示すグラフである。 計測対象の散乱吸収体での計測波形と、リファレンス用の散乱吸収体での計測波形とを示すグラフである。 計測対象の散乱吸収体での時間応答波形と、リファレンス用の散乱吸収体での理論波形である計算値とを示すグラフである。 本発明の実施形態に係る散乱吸収体計測方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…散乱吸収体計測装置、２０…光源、２１…波長選択器、３０…光検出器、４０ａ，４０ｂ…光ガイド、４１…ガントリ、４２…基台、５０…信号処理部、６０…演算処理部、６１…波形処理部、６２…計測波形格納部、６３…理論波形格納部、６４…内部情報算出部。

Claims (3)

1. 計測対象の散乱吸収体及びリファレンス用の散乱吸収体に対して、所定波長のパルス光を光入射位置から入射する光入射ステップと、
   前記光入射ステップにおいて入射されて前記各散乱吸収体の内部を伝播したパルス光を光検出位置で検出して光検出信号を取得する光検出ステップと、
   前記光検出ステップにおいて検出された光検出信号に基づいて、光強度の時間変化を示す計測波形を取得する信号処理ステップと、
   前記信号処理ステップ取得された前記計測対象の散乱吸収体での計測波形に対して、前記信号処理ステップにおいて取得された前記リファレンス用の散乱吸収体での計測波形をデコンボリューションすると共に、予め用意された前記リファレンス用の散乱吸収体での理論波形をコンボリューションする処理を行う波形処理ステップと、
   前記波形処理ステップにおいて処理された前記計測対象の散乱吸収体での計測波形に基づいて、前記計測対象の散乱吸収体の内部情報を算出する内部情報算出ステップと、
   を含む散乱吸収体計測方法。
2. 前記波形処理ステップにおける処理は、当該処理後の波形をＰｍ（ｔ）、前記計測対象の散乱吸収体での計測波形をＳｍ（ｔ）、前記リファレンス用の散乱吸収体での計測波形をＳｒ（ｔ）、前記リファレンス用の散乱吸収体での理論波形をＰｃ（ｔ）、フーリエ変換をＦ、コンボリューションを演算子“＊”、デコンボリューションを演算子“／”とそれぞれしたときに、以下の式
   

   

   
   に基づいて行われることを特徴とする請求項１に記載の散乱吸収体計測方法。
3. 計測対象の散乱吸収体及びリファレンス用の散乱吸収体に対して、所定波長のパルス光を光入射位置から入射する光入射手段と、
   前記光入射手段により入射されて前記各散乱吸収体の内部を伝播したパルス光を光検出位置で検出して光検出信号を取得する光検出手段と、
   前記光検出手段により検出された光検出信号に基づいて、光強度の時間変化を示す計測波形を取得する信号処理手段と、
   前記信号処理手段により取得された前記計測対象の散乱吸収体での計測波形に対して、前記信号処理手段により取得された前記リファレンス用の散乱吸収体での計測波形をデコンボリューションすると共に、予め用意された前記リファレンス用の散乱吸収体での理論波形をコンボリューションする処理を行う波形処理手段と、
   前記波形処理手段により処理された前記計測対象の散乱吸収体での計測波形に基づいて、前記計測対象の散乱吸収体の内部情報を算出する内部情報算出手段と、
   を備える散乱吸収体計測装置。
   

Images